熔盐热裂解农作物秸秆制气体的研究

发布时间：2020-05-16 04:36

【摘要】：生物质是一种清洁的可再生能源,对其开发和利用意义重大。生物质热裂解是一种能实现其能量高效转换的有效途径,而熔盐具有热容大、导热系数高等特性,能实现生物质原料快速均匀地升温,是性能优良的热载体。本文以水稻秸秆作为生物质原料,在ZnCl2-KCl(记为ZK)和Li2CO3-Na2CO3-K2CO3(记为LNK)熔盐体系下,进行了热裂解表观动力学和气体产物逸出特性研究,并在LNK体系中进行了热裂解制取气体产物的试验研究。为研究熔盐作用下水稻秸秆的热裂解特性,在ZK和LNK熔盐体系中分别添加氯化盐或硫酸盐,采用热重分析与傅里叶变换红外光谱联用技术(Thermogravimetric analyzer coupled with Fourier transform infrared spectrometry,TG-FTIR)研究了水稻秸秆的热裂解过程,并使用Coats-Redfern法计算了热裂解过程的表观动力学参数。结果表明:ZK熔盐能改变特征失重温度及其特征失重速率,降低水稻秸秆热裂解的活化能,抑制CO2、CO、CH4、苯酚、甲苯、甲酸和水等产物的生成;添加氯化盐使活化能进一步降低;添加硫酸盐能促进水稻秸秆热裂解产物的生成和逸出,NiSO4作用尤其明显。LNK熔盐使特征失重温度及其特征失重速率均下降,促进了CO2生成,对CO、CH4、苯酚等产物有不同程度的抑制作用;添加氯化盐同样使热裂解活化能进一步降低;添加氯化盐和硫酸盐均能促进水稻秸秆热裂解产物的生成和逸出。当温度高于550℃时,LNK熔盐促进了Boudouard反应(C+CO2→2CO);添加氯化盐和硫酸盐均能进一步促进该反应的进行,NiCl2和CoCl2作用显著。选择31.1wt%Li2CO3-32.2wt%Na2CO3-36.7wt%K2CO3为基础熔盐体系,添加不同的氯化盐和硫酸盐,对水稻秸秆进行热裂解试验研究。结果表明:LNK熔盐使气体产率和组分体积含量上升,氯化盐和硫酸盐能进一步促进气体产物的生成,显著影响气体产物组成分布。与纯水稻秸秆热裂解相比,LNK作用下气体产率增加了41.3%,H2体积含量从41.21%提高到77.08%。CuSO4-LNK作用下H2产率最高,为366 mL/g,而CoCl2-LNK作用下H2体积含量最高,达到86.21%。随着盐质比的降低,气体产率先增大后减小,H2和CO体积含量随之下降,而CH4和CO2体积含量逐渐上升。研究为生物质资源的能源化利用提供了一定的理论参考。
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK6

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本文编号：2666186